青藏高原风吹雪-陆面模式发展及其耦合模拟研究

Blowing snow is a key factor determining the spatial and temporal distribution of snow and its evolution over the Tibetan Plateau (TP). However, the impacts of blowing snow processes are neglected in most of the current land surface models, resulting in a great deviation in the simulation of the land-atmosphere interactions during the snow-covered period. In this plan, the characteristic of blowing snow occurrence is indirectly obtained at site-scale by using atmospheric boundary layer observations and snow depth observations. By adding direct blowing snow observations, the blowing snow-land surface model with the effects of climatic and environmental considered will be developed for further improving the representation of the blowing snow process in alpine mountain regions. Simulations will be performed to reveal the variations of the blowing snow in spatial and temporal with climate change. The important role the blowing snow plays in the distribution and the evolution of the snow cover over the TP will also be investigated. This study can not only improve the performance of the land surface model in the simulations of land-atmosphere interactions, but also can promote the understanding of the occurrence and the development of blowing snow process over the TP, and provide scientific support for the disaster prevention of blowing snow in this region.

风吹雪是决定青藏高原积雪时空分布和演变的关键因素。现有用于气候与生态水文过程模拟的陆面模式大多缺乏考虑风吹雪过程的影响，导致高原地区积雪期积雪及地-气相互作用过程模拟存在显著偏差。本项目拟利用高原风吹雪高发区的大气边界层与陆面过程观测以及站点雪深观测，间接确定站点尺度的风吹雪发生状况；通过补充风吹雪直接观测，发展综合考虑高原气温、风速、地形及下垫面特征等气候环境因素对风吹雪发生影响的风吹雪-陆面耦合模式，进一步改进模式对于高原地区风吹雪发生的描述；通过开展气候变化情景下的风吹雪数值模拟试验，揭示气候变化下高原风吹雪发生的时空变化特征，辨析风吹雪过程在青藏高原积雪覆盖时空格局演变中的重要作用。该研究的开展不仅能促进高原地区风吹雪发生与发展规律的认识，提高陆面模式青藏高原积雪过程的模拟，而且能为该地区风吹雪灾害的防治等研究提供科学支撑。

积雪是青藏高原环境与气候的联系纽带，通过改变地表辐射和大气环流状况对区域天气和气候变化以及生态环境产生重要影响。青藏高原植被稀疏，风力强劲，风吹雪频发，极大地改变了积雪的时空分布格局。然而，现有用于气候与生态水文过程模拟的陆面模式大多缺乏考虑风吹雪过程的影响，导致高原地区积雪期积雪及地-气相互作用过程模拟存在显著偏差。本项目建立了覆盖青藏高原不同典型下垫面的FlowCapt风吹雪组网观测系统；发展了考虑风吹雪过程影响的风吹雪-陆面耦合模式，基于观测资料评估了耦合模式在高原地区积雪过程和地气相互作用过程的模拟效果；在此基础上分析了高原风吹雪过程对积雪时空格局演变和地表反照率、地表温度等关键地表参数等的影响；同时探究了多种广泛应用的风吹雪发生方案的风吹雪判识精度，并且构建了基于决策树算法的风吹雪发生判识模型。项目研究结果表明，1）考虑了风吹雪过程影响的耦合模式能够有效地改善青藏高原地区积雪深度、积雪覆盖度的模拟，对高原地气相互作用过程模拟精度的提升也有一定的作用；2）现有的风吹雪发生方案并不能有效地刻画真实的风吹雪事件的发生；3）基于小时最大风速、小时平均风速、气温、相对湿度等气象要素作为特征要素构建的不同积雪类型下的决策树模型进一步改善了风吹雪发生的判识精度。项目的开展促进了青藏高原地区风吹雪过程的研究，为该地区风吹雪灾害的科学预防提供了科学支撑。